硅烷改性对医用镁合金表面结构及性能的影响OA

目的旨在阐明硅烷浓度对碱处理医用镁合金表面涂层结构、耐磨性及耐腐蚀性的影响规律,为镁基植入材料的表面功能化改性与临床应用提供理论依据。方法以Mg-1.6Ca-2.0Zn镁合金为基体经5 mol/L NaOH溶液活化处理后,采用0.5%、1%、3%、5%四种浓度(体积分数)的硅烷溶液制备表面涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)表征膜层微观结构与化学成分。通过干摩擦和湿摩擦试验(GCr15摩擦副,模拟体液(SBF)环境)评估耐磨性能,采用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)测试分析耐腐蚀性能。结果硅烷浓度对膜层的结构与性能具有显著影响:3%浓度硅烷形成的膜层最致密均匀,界面通过Mg—O—Si共价键牢固结合,干摩擦下磨损率降低至0.55×10^(-5)mm/(N·m),较未处理试样下降95%,湿摩擦下磨损率为1.86×10^(-5)mm/(N·m),较未处理试样下降94%,耐腐蚀性能最优,腐蚀电流密度仅为1.87×10^(-5)A/cm^(2),腐蚀速率0.413 mm/a。相比之下,0.5%浓度膜层薄且疏松,易发生磨穿失效,5%浓度硅烷发生过度团聚与交联收缩,膜层出现裂纹,耐磨耐蚀性能下降。结论硅烷浓度对涂层性能具有显著调控作用,3%浓度实现了膜层厚度、交联密度与界面结合力的最佳平衡,可同时最大幅度提升医用镁合金的耐磨性与耐腐蚀性,是该体系的最优改性参数。